1、 稳恒电流稳恒电流 dtdqI 传导电流传导电流:导体中大量自由电子在电场作用导体中大量自由电子在电场作用 下有规下有规则的移动，如金属中电子在电场作用下的运动。则的移动，如金属中电子在电场作用下的运动。方向：规定为正电荷运动方向。方向：规定为正电荷运动方向。大小：大小：单位（单位（SI）：安培（）：安培（A）电流强度电流强度 单位时间内通过某截面的电量。单位时间内通过某截面的电量。运流电流运流电流:宏观带电物体在空间作机械运动宏观带电物体在空间作机械运动,形成的电流。形成的电流。电荷的定向运动形成的电流。电荷的定向运动形成的电流。一一 电流强度与电流密度电流强度与电流密度 用电流强度还不能细
2、致地描述用电流强度还不能细致地描述电流的分布电流的分布。所谓分布不同所谓分布不同是指在导是指在导 体的体的不同地方不同地方单位面积单位面积 中通过的电流不同中通过的电流不同。I I 当通过任一截面的电量不均匀时，用电流强度当通过任一截面的电量不均匀时，用电流强度来描述就不够用了，有必要引入一个描述空间不同来描述就不够用了，有必要引入一个描述空间不同点的电流的大小的物理量。点的电流的大小的物理量。电流密度电流密度 J电流密度电流密度 qvdI dS dlqnvdSdQ qnvdSdQJ vqnJ niiivqnJ单位时间内通过单位时间内通过dS的电量的电量 穿过任一曲面的电流强度穿过任一曲面的电
3、流强度:电流强度是电流密度的通量。电流强度是电流密度的通量。SdJdI dS导体中任一面积元导体中任一面积元 单位时间内通过单位时间内通过dS的电量的电量 即即电流强度电流强度 nv dSqnv cos dIdQ Sdvqn SdJ SSdJI电流密度电流密度 ndSdIJ 方向：该点场强的方向。方向：该点场强的方向。二二 电流连续性方程及稳恒条件电流连续性方程及稳恒条件 1.电流连续性方程电流连续性方程 SSdJIdtdqSdJS 根据电荷守恒，在有电流分布的空间做一闭合根据电荷守恒，在有电流分布的空间做一闭合 曲面，单位时间内穿入、穿出该曲面的电量等于曲面，单位时间内穿入、穿出该曲面的电量
4、等于 曲面内电量变化率的负值。曲面内电量变化率的负值。电流密度矢量的通量等于电流密度矢量的通量等于 该面内电荷减少率该面内电荷减少率.电流电流稳恒条件稳恒条件 稳恒电流稳恒电流 各点电流密度不随时间变各点电流密度不随时间变 化的电流化的电流 0 SSdJ0 dtdq电流电流稳恒条件稳恒条件 稳恒电场稳恒电场-由稳定的电荷分布所产生的电场。由稳定的电荷分布所产生的电场。指出两点：指出两点：1）稳恒电场与静电场类似，）稳恒电场与静电场类似，满足高斯定理与环路定理。满足高斯定理与环路定理。SiSqSdE01稳推论：静电场中的电势、电压等概念都可应用推论：静电场中的电势、电压等概念都可应用 于稳恒电场
5、。于稳恒电场。2）稳恒电场又不同于静电场：）稳恒电场又不同于静电场：A）这种电场不是静止的电荷产生的这种电场不是静止的电荷产生的，而是，而是 处于动态平衡状态下的稳定电荷产生的。处于动态平衡状态下的稳定电荷产生的。B）维持这种电场需要能量）维持这种电场需要能量。（这种提供能。（这种提供能 量的装置称为电源）。量的装置称为电源）。0Ll dE三三 电阻率，欧姆定律电阻率，欧姆定律 RUI 欧姆定律（积分形式）欧姆定律（积分形式）电阻率和电导率电阻率和电导率 SlR Sl 电电阻阻率率 电电导导率率)1(0t 温度为温度为 电阻率电阻率 Ct0温度为温度为 电阻率电阻率 C00欧姆定律的微分形式欧
6、姆定律的微分形式 金属导电的微观图象金属导电的微观图象-S 无电场时无电场时：电子作无规则的热运动。有一平均：电子作无规则的热运动。有一平均-+-E导体中无电流导体中无电流 速率速率 ，平均自由程，平均自由程 平均碰撞时间平均碰撞时间 vv/u平均漂移速度为平均漂移速度为+-Ev/有电场时有电场时，电子，电子 在热运动的基础在热运动的基础 上叠加一个漂移上叠加一个漂移 运动。从而产生运动。从而产生 宏观电流宏观电流。u平均漂移速度为平均漂移速度为 注意：注意：1）漂移运动的产生是由于电场加速的结）漂移运动的产生是由于电场加速的结 果，而且加速只能在两次碰撞之间加速。果，而且加速只能在两次碰撞之
7、间加速。2）当电子每碰撞一次以后，电子沿什么方向运动）当电子每碰撞一次以后，电子沿什么方向运动完全变为随机的了。或者说电子碰撞以后完全失去完全变为随机的了。或者说电子碰撞以后完全失去了定向漂移的特征，作为定向漂移的速度变为零。了定向漂移的特征，作为定向漂移的速度变为零。即电场在两次碰撞之间的加速每次总是从零加速。即电场在两次碰撞之间的加速每次总是从零加速。0初速udIdIdUU UABdSdlEdldU RdIdU JdSdI dSdlR 欧姆定律的微分形式欧姆定律的微分形式 场强与电势关系场强与电势关系 电压与电流关系电压与电流关系 dlJdU dlJEdl JE EJ 或或EJ 欧姆定律的
8、微分形式欧姆定律的微分形式+在回路中有稳恒电流就不能单靠静电场在回路中有稳恒电流就不能单靠静电场 提供非静电力的装置就是提供非静电力的装置就是电源电源。静电力欲使正电荷从高电位到低电位。静电力欲使正电荷从高电位到低电位。非静电力欲使正电荷从低电位到高电位。非静电力欲使正电荷从低电位到高电位。四四 电动势电动势 一、电源、电动势一、电源、电动势 必须有必须有非静电力非静电力把正电荷从负极板搬到正把正电荷从负极板搬到正极板才能在导体两端维持有稳恒的电势差。极板才能在导体两端维持有稳恒的电势差。描述非静电力作功能力大小的量描述非静电力作功能力大小的量 电动势电动势 电动势描述电路中电动势描述电路中非
9、静电力做功本领非静电力做功本领 把单位正电荷从电源的把单位正电荷从电源的负极移到正极负极移到正极非静电力非静电力所作的功。所作的功。+如果整个回路都存在非静电力，则电动势如果整个回路都存在非静电力，则电动势 qA 电源内电源内_l dEK 电源电动势电源电动势方向方向：电源内部由负极到正极方向：电源内部由负极到正极方向 qFEKK 非静电场强非静电场强 LKl dEqA 电源电电源电动势动势 电源内电源内_l dEqAK静电荷静电荷 运动电荷运动电荷 稳恒电流稳恒电流 静电场静电场 稳恒磁场稳恒磁场 电场电场 磁场磁场 学习方法：学习方法：类比法类比法 带电粒子在电场和带电粒子在电场和磁场中的
10、运动磁场中的运动 sinBqFm 大小大小 方向方向 q mFB 力与速度方向垂直力与速度方向垂直。不能改变速度大小，不能改变速度大小，只能改变速度方向。只能改变速度方向。BqFm 一、一、带电粒子在带电粒子在磁场中的运动磁场中的运动 洛仑兹力洛仑兹力 BqFm 平行或反平行平行或反平行与与B0)1(0 mFc 0 B粒子做直线运动粒子做直线运动 垂直垂直与与B0)2(BqFm0 RmBq200 qBmR0 qBmRT 220 粒子做匀速圆周运动粒子做匀速圆周运动 BF0 qqBmTTh cos2cos00/角角成成与与 B0)3(/0 B cos0/sin0 qBmR qBm sin0 qB
11、mRT 22 螺距螺距 h：q R/0 Bh二、二、带电粒子在带电粒子在电场和电场和磁场中的运动磁场中的运动 BqEqF BqEqam v/vv-磁聚焦磁聚焦 vvv sinvvv cos/h-+-01v-02vqBmvTvh 2/pvp SS B qvBqEffem BEv 速度选择器速度选择器 回旋加速器回旋加速器 qBmR11 qBmR22 初始时初始时D2处于高压区，处于高压区，q粒子受电场力后以粒子受电场力后以 进进入入D1内做圆周运动。内做圆周运动。1 经过经过 后，后，q粒子受电场力后以粒子受电场力后以 进入进入D2内做圆周运动。内做圆周运动。qBmTt 22 qBmT 2 若缝
12、隙间的交变电场以不若缝隙间的交变电场以不变周期变周期 变化变化 若若D形盒半径为形盒半径为R，则粒子最终速度则粒子最终速度 mqBRm 所获动能为：所获动能为：mqBRmEmK22122 当当 可与光速比较时可与光速比较时 2201cmm qBmT 2 粒子回旋周期粒子回旋周期 2201B2cqm 三、带电粒子荷质比的测定三、带电粒子荷质比的测定 K A C S O vvv cos/eBmTh 2/eBmlh 2 eUmm 221 meU2 eBm 2 2228lBUme 磁聚焦法磁聚焦法 1BE 离子经过速度选择器后离子经过速度选择器后 离子在磁场离子在磁场 B2 中：中：RMBq22 2R
13、BMq 21BRBEMq 质质镨镨仪仪 四、霍耳效应四、霍耳效应 厚度厚度b,宽为宽为a的导电薄片，沿的导电薄片，沿x轴通有电流强度轴通有电流强度I，当在，当在y轴方向加以匀强磁场轴方向加以匀强磁场B时，在导电薄片两侧时，在导电薄片两侧),(AA 产生一电位差产生一电位差 HU，这一现象称为，这一现象称为霍耳效应霍耳效应 IBxZyabBIAA IbIBRUHH RH-霍耳系数霍耳系数 霍耳效应原理霍耳效应原理 带电粒子在磁场中运动受到洛仑兹力带电粒子在磁场中运动受到洛仑兹力 q0 Bvqf 洛洛IBxZyaBIAA+洛洛fefIHeEqf HEbvBEffHe 洛洛0 合合F 此时载流子将作
14、匀速直线运动，同时此时载流子将作匀速直线运动，同时 两两侧停止电荷的继续堆积，从而在侧停止电荷的继续堆积，从而在 两侧建立一两侧建立一个稳定的电势差个稳定的电势差 AA,AA,nqvabI bIBnqUH1 aUEHH avBUH+IbBxZyaBIAA I洛洛f q0时，时，RH0,0 HU(2)q0时，时，RH0,0 HU霍耳效应的应用霍耳效应的应用 bIBnqUH1 2、根据霍耳系数的大小的测定，、根据霍耳系数的大小的测定，可以确定载流子的浓度可以确定载流子的浓度 n型半导体载流子为型半导体载流子为电子电子 p型半导体载流子为型半导体载流子为带正电的空穴带正电的空穴 1、确定半导体的类型、确定半导体的类型 霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技术等各个领域中得到越来越普遍的应用。术等各个领域中得到越来越普遍的应用。